Beim Blick durch
ein Fenster geht der räumliche Eindruck der dahinter liegenden Gegenstände
nicht verloren. Klebt man dagegen ein durch das Fenster aufgenommenes Foto
auf das Fenster, so wirkt das Bild nicht mehr räumlich. Um das Foto
zu belichten, musste über eine gewisse Zeit Licht auf den Film oder
auf den CCD-Chip fallen. Dadurch ging die Information über die Phasenbeziehung
zwischen den ankommenden Wellen verloren. Die Information über Wellenlänge
(Farbe) und Amplitude (Helligkeit) kann das Foto dagegen speichern. Außerdem
wurde bei der Fotografie jedem
Punkt des Gegenstands durch eine Linse genau ein Punkt im Bild zugeordnet.
Beim Fenster treffen aber von jedem Punkt des Gegenstands zu jedem Punkt
des Fensters Wellen ein. Dadurch ist es möglich, durch Kopfbewegungen
einen anderen Ausschnitt und einen räumlichen Eindruck aus den unterschiedlichen
Bildern der beiden Augen zu gewinnen.
Treffen die Wellen auf das Fenster, dann müsste die gesamte Information
gespeichert werden und bei Bedarf wieder abgerufen werden können. Also
müsste jeder Punkt des Fensters eine passende Elementarwelle aussenden,
als ob die Originalwelle durch das Fenster dringen würde. Die Gegenstände
hinter dem Fenster wären dann überflüssig.
Diese Idee hatte der in Ungarn geborene und in Großbritannien wirkende
Physiker DENNIS GABOR (1900-1979)
im Jahre 1948, als er an der Verbesserung der Elektronenmikroskopie arbeitete.
Das von ihm entwickelte Verfahren, mit dem man dreidimensionale Bilder
von Gegenständen erzeugen konnte, nannte er Holografie, abgeleitet
vom griechischen "holos" (ganz) und "graphain" (schreiben)
- man könnte es als "vollständige Aufzeichnung" übersetzen.
Doch erst 1962 konnten die amerikanischen Physiker EMMETT LEITH und JARIS
UPATNIEKS diese Idee nutzen, weil ihnen der neu entdeckte Laser
zu Verfügung stand. Mit der Weiterentwicklung des Lasers gewann auch
die Holografie zunehmend an Bedeutung. Für seine grundlegenden Arbeiten
zur Holografie erhielt D. GABOR 1971 den Nobelpreis für Physik.
Erzeugung eines Hologramms
Zur Erzeugung eines Hologramms wird ein Gegenstand mit kohärentem
Licht (Laserlicht) beleuchtet (Bild 2). Das Laserlicht wird durch einen
Strahlungsteiler ST geteilt. Ein Teil fällt über den Spiegel
SP 2 und die den Strahl aufweitende Linse L auf einen Film. Dieser Teil
wird als Referenzwelle bezeichnet.
Der andere Teil (rot gezeichnet) wird über einen Spiegel SP 1 auf
den Gegenstand gelenkt. Das vom Gegenstand reflektierte Licht, die so
genannte Objektwelle oder
Signalwelle,
gelangt ebenfalls zum Film und überlagert sich in diesem Bereich
mit der Referenzwelle. Auf dem Film entsteht ein Interferenzmuster,
in dem Informationen über die räumliche Lage der einzelnen Gegenstandpunkte
gespeichert sind. Ein Hologramm ist also seinem Wesen nach ein gespeichertes
Interferenzmuster.
Man kann auch sagen: Auf der Fotoplatte entsteht ein Gitter mit variabler
Gitterkonstanten.
Wiedergabe eines Hologramms
Wird nun ein Hologramm durch eine Referenzwelle mit kohärentem Licht
(Laserlicht) bestrahlt (Bild 3), so wird das Licht an dem Interferenzmuster
gebeugt. Es entsteht wieder die Original-Signalwelle.
Das bedeutet: Hinter dem lichtdurchlässigen Hologramm ist ein reelles
dreidimensionales Bild des Gegenstandes zu beobachten. Darüber hinaus
entsteht auch ein virtuelles Bild auf der anderen Seite des Hologramms.
Als Beobachter kann man das Bild aus verschiedenen Richtungen betrachten
und gewinnt damit ein räumliches Bild des Gegenstandes.
Verwendet man zum Betrachten Licht einer anderen Wellenlänge als
bei der Aufnahme, dann ist das Bild vergrößert oder verkleinert,
weil die Ablenkung von der Wellenlänge abhängt.
Weißlichthologramme und andere
Formen
Inzwischen gibt es auch Hologramme, bei denen ein räumlicher Eindruck
eines Gegenstandes bei Beleuchtung mit im inkohärentem weißen
Licht entsteht. Solche Weißlichthologramme
sind z.B. auf Geldkarten und Geldscheinen zu finden und dienen dort mit
dazu, solche Karten bzw. Geldscheine fälschungssicher zu machen.
Zur Herstellung eines Weißlichthologramms wird ein erstes Hologramm
wiederum mit Laserlicht bestrahlt (Bild 5). Es entsteht dann ein Hologramm,
in dem die Interferenzstrukturen des ersten Hologramms in Form von rillenartigen
Vertiefungen kodiert sind. Bei Beleuchtung mit weißem Licht sind
je nach Betrachtungsrichtung räumliche Strukturen in unterschiedlichen
Farben zu beobachten.
Beim sogenannten PHSCologramm stehen die ersten vier Buchstaben des Namens für Photo, Hologramm Skulptur und Computer. Eine große Zahl von Aufnahmen, aus unterschiedlichen Holospeichern erzeugt, werden rechnergestützt in Linien aufgeteilt und diese dann wieder zu einem einzigen Bild verschachtelt. Läuft man an dem PHSCologramm vorbei, dann bewegt sich das räumliche Bild scheinbar oder verändert sein Aussehen.
Die Holografie wird heute zum Beispiel in der optischen Informationsverarbeitung
(Speicherung von Informationen Holospeichern),
zur Dokumentation und Speicherung von Bildern über kleinere Objekte
sowie in der Kunst genutzt.